CZ291812B6 - Zařízení pro svařování třením za pohybu - Google Patents

Abstract

eÜen se t²k za° zen pro sva°ov n t°en m za pohybu, kter sest v ze sva°ovac sondy /12/, ° dic jednotky pro ovl d n sva°ovac sondy, pracovn ho stolu /7/, kter² podp r sva°ovan² obrobek nebo obrobky, a z nejm n jednoho p° tla n ho prost°edku /5, 6/ pro upevn n obrobk navz jem a/nebo k pracovn mu stolu v pr b hu sva°ov n . Za° zen d le obsahuje fr zovac n stroj /20/.\

Description

Zařízení pro svařování třením za pohybu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro svařování třením za pohybu, které obsahuje svařovací sondu, řídicí jednotku která řídí svářecí sondu, pracovní stůl, který podpírá svařovaný obrobek nebo obrobky a nejméně jedno upínající zařízení pro upnutí obrobků navzájem a nebo k pracovnímu stolu a nebo obrobku k pracovnímu stolu v průběhu svařování.

Stav techniky

Termín třecí svařování za pohybu označuje způsob svařování, při které jsou spojované obrobky podél linie spoje plastifikovány přívodem tepla vzniklého třením otočné svářecí sondu, která je uzpůsobena pro pohyb podél spoje mezi oběma obrobky a uzávěr tlačí proti obrobkům. Tak, jak je popsáno v přihláškách vynálezů WO 93/10 935 a WO 95/26 254, by měla být svařovací sonda vyrobena z tvrdšího materiálu než je materiál obrobku a v průběhu svařování by měly být obrobky pevně zajištěny, jak navzájem jeden k druhému, tak k pracovnímu stolu. V tomto ohledu se tato technologie odlišuje od obvyklé třecího svařování u kterého se třecí teplo vytváří relativním vzájemným pohybem obrobků a jejich stlačením k sobě, tj. třecí teplo je tvořeno pouze dvěma prvky, které jsou spojovány navzájem. Svařovací technika, která odpovídá svařovací technice podle výše uvedených přihlášek vynálezu je používána pro svařování různých materiálů například plastů, kovů a tak podobně a v různých provedeních, např. ke spojování obrobků, k opravě trhlin v obrobcích atd. Uspořádání svařovací sondy je upraveno podle svařovaného materiálu a podle uvažovaného použití.

Vytlačované hliníkové tvarované dílce a nebo vytlačované tvarované dílce ze slitin hliníku jsou důležité jako stavební prvky při výrobě lodí, železničních vagonů, mostů, ropných plošin atd., a to z pohledu jejich odolnosti proti korozi, malé hmotnosti atd. Protože rozměry tvarovaných dílců vyráběné v současnosti technikou vytlačování jsou poměrně malé, a protože metody svařování používané v současnosti pro spojování hliníkových tvarovaných dílců nedokáží provést zcela uspokojivý spoj s ohledem na pevnost, povrchovou úpravu a deformace má hliník omezené použití navzdory výše uvedeným výhodám, které materiál má.

Provedením spoje za použití techniky třecího sváření za pohybu, získá spodní lícová strana jemnou a hladkou povrchovou úpravu a z toho vyplývá i málo míst s koncentrací zatížení. Kromě toho pevnost spoje, vyrobeného touto spojovací metodou je téměř stejná jako pevnost základního materiálu. Při spojování hliníkových tvarovaných dílcům s použitím techniky sváření podle výše zmíněných přihlášek vynálezu se setkáme s problémem, že tato svařovací technika může být použita při svařování obrobků oddělených velmi úzkou mezerou. Jestliže vzduchová mezera překročí kritickou hodnotu, která kromě jiného závisí na tloušťce plechu z kterého je tvarový dílec vyroben, pak vyrobený spoj má vnitřní dutiny a zhoršuje pevnost. V důsledku toho, že vytlačované hliníkové tvarované části nemohou být vyrobeny stávajícími výrobními postupy se zcela přesnými rozměry, je požadována taková jejich předběžná úprava, aby bylo zamezeno příliš velkým mezerám mezi tvarovanými částmi. To je obzvláště důležité v případě vzájemného svařování podlouhlých tvarovaných částí, u kterých se dokonce i malé deformace mohou zvýšit na nepřijatelné odchylky. Při výrobě hliníkového oplechování trupu lodě mají hliníkové tvarované dílce šířku například 300 mm a délku 12 m. Dalším problémem se kterým je možno se setkat při třecím svařování je, že deformace tvarovaných dílců se mohou objevit také v průběhu vlastního svařování, neboť svařované části jsou vystaveny účinkům tepla. Nicméně velikost těchto deformací je nižší než v případě MIG a nebo TIG svařování, protože teplota nikdy nedosáhne bodu tání. Nicméně výsledek může být takový, že rozměry výsledného výrobku se nedostanou do vnitřního pásma rozsahu přijatelných tolerancí, navzdory předběžné úpravě tvarovaných dílců.

-1 CZ 291812 B6

S tímto problémem je možné se setkat též v případech, když je rozsah dovolené odchylky výsledného výrobku nižší, než je dovolená odchylka u použitého obrobku.

Podstata vynálezu

Jedním z cílů uvedeného vynálezu je vyrobit zařízení pro třecí svaření, umožňující, aby dva obrobky byly spolu k sobě svařeny tak, že výsledný výrobek poskytuje vysokou pevnost při poklesu vnitřního rozsahu dovolených odchylek bez toho, že by se tvarované dílce musely 10 podrobit předběžné úpravě ve speciálních zařízeních, která předcházejí svářecímu zařízení, a nebo mezi jednotlivými svařovacími operacemi. Tímto způsobem výroby se snižuje doba výroby, jakož i cena.

Dalším cílem vynálezu je vytvořit zařízení pro třecí sváření za pohybu, na kterém je možné 15 vyrobit konečný výrobek, který má užší rozsah tolerancí než použité komponenty.

Uvedené cíle splňuje pro svařování třením za pohybu, se svařovací sondou, s hnací jednotkou pro pohon svařovací sondy, s alespoň jedním upínacím prostředkem pro upnutí obrobků k sobě navzájem a/nebo k pracovnímu stolu při svařování, podle vynálezu, jehož podstatou je, že dále 20 obsahuje frézovací nástroj a rozpěmý prvek umístěný mezi obrobkem a pracovním stolem, když je frézovací nástroj ve své pracovní poloze, přičemž frézovací poloha v zařízení je v podstatě shodná se svařovací polohou v zařízení.

Začlenění frézovacího místa do zařízení je vhodné k provádění frézovacích úkonů před a nebo po 25 každém samostatném svařování, což zajistí přijatelné rozmezí dovolené odchylky jak u jednotlivých hliníkových tvarovaných dílců, tak i vytváří hliníkové panely bez toho, aby části a nebo panely musely procházet přes vnější zařízení pro předběžnou a nebo dodatečnou úpravu. Další výhodou je, že hliníkové profilované dílce jsou po úpravě ofrézováním tak přímé, že vnitřní mezery obrobky nepřekročí hodnotu, při které je vyroben špatný spoj.

Svářecí sonda může být vyměnitelná za výše uvedený frézovací nástroj a je výhodné, když je frézovací nástroj řízen řídicí jednotkou obsahující svařovací sondu, a nebo jsou alternativě svařovací sondu a frézovací nástroj řízeny samostatnou řídicí jednotkou. V druhém případě může být frézovací nástroj umístěn v sousedství svařovací sondy a nebo odděleně, vzdáleně, od svářecí 35 sondy.

Zařízení také obsahuje rozpěmý prvek, který je umístěn uprostřed mezi obrobkem a pracovním stolem v případě, když je frézovací nástroj v pracovní poloze. Následkem tohoto uspořádání může upevňovací zařízení a obrobek zaujmout tutéž boční polohu v průběhu svařování a frézová40 ní a je možno se vyhnout bočním přemístění upevňovacího zařízení. To se jeví značnou konstrukční výhodou.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude následně popsán v podrobnějších detailech s odkazy na připojené výkresy, které zobrazují jednotlivá provedení vynálezu v souladu s vynálezem.

Na obrázcích je znázorněno:

Obr. 1 je boční pohled na první provedení zařízení pro třecí svařování za pohybu podle vynálezu, zařízení je znázorněno v poloze svařování.

Obr. 2a je zvětšený detail části zařízení podle obr. 1.

-2CZ 291812 B6

Obr. 3 znázorňuje příčný řez čtvrtého provedení zařízení, znázorňující zařízení v poloze kdy je prováděno jak svařování tak frézování.

Příklady konkrétního provedení

První realizace zařízení znázorněná na obr. 1 je upravená ke svařování hliníkových vytlačovaných tvarovaných dílců do tvaru hliníkových panelů 3. Výrazem hliník je zde označován buď čistý hliník a nebo slitina hliníku s dalším kovem, například hořčíkem. Počet hliníkových tvarovaných dílců, které jsou svařovány k sobě, je určen šířkou použitého tvarovaného dílce, která může například být 300 mm při délce 12 m a požadovanou šířkou výsledného panelu. Výroba panelu je prováděna tak, že se přivaří nový hliníkový tvarovaný dílec k pravé krajní hraně nejbližšího předcházejícího tvarovaného dílce tak, jak je znázorněno na obrázku 1, přičemž tento nejbližší předcházející tvarovaný dílec byl předtím přivařen k pravé krajní hraně předcházejícího tvarovaného dílce. Jinými slovy řečeno, šířka vyráběného tvarovaného hliníkového dílu vzrůstá s každou šířkou přivařeného tvarovaného dílce.

V souladu s příkladem znázorněným na obrázku 1 probíhá výroba panelu 3 rozšířením o jeden tvarovaný dílec a po ukončení probíhajícího svařování tak panel obsahuje pět tvarovaných dílců. Po svařování je panel přesunut vlevo tak, jak je znázorněno na obr. 1, pomocí přerušovaně ovládaného řetězového dopravníku o šířku odpovídajícího šířce použitého tvarovaného dílce.

V tomtéž okamžiku je vložen nový hliníkový tvarovaný dílec pomocí podávajícího zařízení 40, které je upraveno pro posouvání podél nosníku 41, který je pevně připojen k nosné konstrukci 50 zařízení.

V průběhu svařování je hliníkový tvarovaný dílec společně s rozpracovaným hliníkovým panelem 3 pevně přidržován k pracovnímu stolu 7 upevňovacími prostředky 5 a 6. Upevňovací prostředky 5 a 6 obsahující trojúhelníkově tvarované přítlačné členy, které pomocí ramen 8 a 9 a přítlačných válců 10 a 11 přidržují obrobky 2 a 3 v průběhu svařování. Přítlačné válce 10 a 11 jsou připojeny k pracovnímu stolu 7 a nebo k nosné konstrukci 50 zařízení. Přítlačné členy jsou uspořádány mezi obrobky v párech, čelní plochou podél hran spoje. Vzdálenost os dvou sousedních párů přítlačných členů je přibližně 500 mm, což záleží na individuálním případě. Vzhledem k omezenému přístupovému prostoru je každý přítlačný člen 5 ovládán samostatným přítlačným válcem 10, zatímco dva sousední přítlačné členy 6 jsou ovládány společným přítlačným válcem 11 prostřednictvím ramene 9. Z tohoto důvodu má rameno tvar písmene U, kde jsou přítlačné členy připojeny k přírubám ramene a přítlačný válec ke stojině ramene. V tomto případě pracovní stůl obsahuje pevnou vodorovnou desku zařízení 7a. na které je napevno umístěna podpěrná tyč 7b.

Spoj mezi tvarovaným dílcem a panelem 3 je vyrovnán a seřízen s podélnou osou podpěrné tyče, přičemž obrobky nejsou umístěny přímo na pracovním stole, ale na podpěrné tyči uložené mezi stolem a obrobkem pro zajištění přesné vzdálenosti. Je mnohem vhodnější přemístit v porovnání menší podpěrnou tyč než celý pracovní stůl s tím, že horní část podpěrné tyče bude vystavena poškození v průběhu výroby panelu. Hliník je velmi měkký kov a plastifikace v průběhu svařování způsobí to, že přijme tentýž tvar jako má horní povrch podpěrné tyče, a následná některá snížení v horní ploše podpěrné tyče se opakují na spodní straně panelu. Standardní kvalita hotového hliníkového panelu se tak může snížit.

Svařování je prováděno pomocí svařovací sondy 12 provedené tak, jak je znázorněno na obr. 2a, s tělem 12a sondy ve tvaru válce a s připojeným hrotem 12b, přičemž hořejší část těla sondy je připojena k otáčejícímu se vřetenu 13. ovládanému neznázoměnou řídicí jednotkou, a pohonným motorem a podepřená na jezdci 14. Jezdec se pohybuje podél obrobků 2 a 3 za pomoci neznázoměné řídicí jednotky. Tělo a hrot svařovací sondy mohou být vytvořeny tak, jak vyplývá z provedení zveřejněném v přihláškách vynálezů WO 93/10 935 nebo WO 95/26 254.

-3CZ 291812 B6

Pro Zajištění správné pozice svařovací sondy ke spoji obrobky po celé jeho délce je jezdec 14 připojen k pracovnímu stolu 7 dvěmi vodícími patkami 15a a 16a, pohybujícími se ve vodicích drahách 15b a 16b umístěných podél příslušného pracovního stolu. Toto zařízení umožňuje přímkový pohyb vzhledem k pracovnímu stolu.

Na obrázku 1 je též znázorněn rozpěmý prvek 17, který je pevně připevněn k držáku 18. Přítlačný válec 19 přemisťuje každý rozpěmý prvek z nečinné polohy (znázorněno plnou čarou), ve které je rozpěmý prvek umístěn mimo opěrnou tyč, do polohy v záběru (znázorněno čerchovaně), ve které je rozpěmý prvek umístěn na hořejší části podpěrné tyče. V této poloze je rozpěmý to prvek umístěn po celé délce podpěrné tyče, což je v tomto případě 16 m a počet držáků je určen délkou podpěrné tyče, což je v tomto případě šesti držáky.

Na obrázku 2b je svařovací sonda 12 nahrazena obvyklým frézovacím nástrojem 20, který je podobně jako svářecí sonda spojen s vřetenem 13 a tak řízen řídicí jednotkou vřetene. U tohoto 15 provedení se svářecí poloha shoduje s polohou frézování. Držák 18 zaujme polohu v záběru a rozpěmý prvek 17 je umístěn na horní část podpěrné tyče 7b. Tak je rozpracovaný panel oddělen od horního povrchu podpěrné tyče. Výsledkem tohoto opatření je, že je odstraněno nebezpečí nežádoucího opracování podpěrné tyče, a že je možné frézovat i spodní hranu pravého okraje obráběného kusu bez rizika současného frézování horního povrchu podpěrné tyče. 20 V průběhu frézování je panel 3 upevněn k podpěrné tyči 7b pomocí přítlačných prostředků 6 tak, aby později zaujal tutéž polohu k ose c podpěrné tyče v průběhu svařování tak, jak je znázorněno na obrázku 2a.

Tak jak je znázorněno na obrázku 3, může být samostatný frézovací nástroj a samostatné 25 frézovací zařízení 22 řízené řídicí jednotkou 23 a v tomto případě je oddělen od svářecí sondy.

Následkem tohoto uspořádání je to, že v tomtéž čase, když je hliníkový tvarovaný dílec svařován k rozpracovanému hliníkovému panelu 3, může být jeho krajní levá hrana podrobena vyrovnávacímu frézování, které zvýší rychlost výroby. Ačkoli je frézovací nástroj řízen oddělenou jednotkou řízení, je zajisté možné umístit ho přilehle k svářecí sondě.

Když je předem určený počet hliníkových tvarovaných dílců svařován na hliníkový panel požadované velikosti, jsou zpočátku dvě profilované hliníkové části upevněny v zařízení 1 pomocí přítlačných prostředků 5 a 6 zajišťujících, aby mezera mezi krajními hranami, které jsou obráceny k sobě nepřekročila vzdálenost při které je vyroben spoj nedostačující kvality. Tak, jak je 35 znázorněno na obrázku 2a, je mezera vyrovnána s podélnou osou c podpěrné tyče 7b. Kritická šířka mezety je závislá na tloušťce plechu tvarovaných dílců a v případě tloušťky plechu asi 6 mm je kritická velikost mezery asi 1 mm. Svařování je prováděno pomocí svařovací sondy otáčející se určenou rychlostí, zatímco se zároveň pohybuje podél mezery předem určenou rychlostí. Tak, jak je uvedeno v úvodu, jsou krajní hrany tvarovaných dílců plastifikovány a záro40 veů tlačeny dohromady. Po ztuhnutí a homogenizaci má spoj vysokou pevnost. Když svařovací sonda 12 projde podél celého spoje a celé svařování je tak hotovo, jsou uvedeny do činnosti přítlačné válce 10 a 11 proto, aby uvolnily přítlačné prostředky 5 a 6 s tím, že právě vyrobený hliníkový panel 3 je uvolněn z pracovního stolu a je posunut řetězovým dopravníkem 4 vlevo tak, jak je znázorněno na obrázku 1, o vzdálenost odpovídající šířce hliníkového tvarovaného dílce, 45 dovolující, aby panel byl svařen takovým způsobem, jak je popsáno, k novému tvarovanému dílci, který je dodán podávacím zařízením 40. Když jsou svařeny například čtyři tvarované dílce navzájem, je pravá krajní hrana takto, vyrobeného panelu snímána se zřetelem na její přítomnost, a před svařováním jsou odstraněny frézováním pomocí frézovacího nástroje 20 odchylky překračující předem stanovenou velikost tak, jak je znázorněno na obrázku 2b, a nebo je 50 souběžně se svařováním provedeno frézování pomocí odděleného frézovacího zařízení 22 tak, jak je znázorněno na obrázku 3. U provedení podle obrázku 2b je požadováno, aby rozpěmý prvek 17 byl pomocí držáku 18 umístěn pod panel 3 před jeho uchycením pomocí přítlačných prostředků 6. Když je zařízení provedeno podle obrázku 3a, musí být před frézováním vřeteno 13, tak jako i panel 3, přemístěn vlevo tak, jak je znázorněno na obrázku. Podle těchto tří prove

-4CZ 291812 B6 dění je frézování provedeno předtím, než je nový hliníkový tvarovaný dílec upnut na svém místě pomocí přítlačných prostředků 5 a toto zařízení se tedy nestřetává s frézováním.

Po frézování je frézovací nástroj 20 vyměněn za svářecí sondu 12, načež je opakována svářecí operace až do okamžiku, kdy je nutno provést další korekci frézováním. Četnost opakování frézování je zřejmě určena výrobní přesností tvarovaných dílců a požadovanou kvalitou výsledného hliníkového panelu.

Rozsah vynálezu není omezen pouze na výše popsaná provedení, ale může být obměňován v rámci prostoru vymezeného připojenými nároky. Tak například může být svářecí sonda automaticky vyměňována za frézovací nástroj, namísto vyměňování manuálního, pomocí neznázoměného výměnného zařízení. Zařízení může být použito ke vzájemnému svařování obrobků vyrobených z jiného kovu než z hliníku a nebo z jiných slitin, například z titanu a nebo oceli. Zpravidla se zařízení používá ke vzájemnému svařování dvou obrobků dohromady, tak jako ke svařování rozpracovaného hliníkového panelu a nového hliníkového tvarovaného dílce, ale může být rovněž tak dobře použito na opravu trhlin vytvořených v obrobku a nebo v hotovém hliníkovém panelu.

Claims (6)

1. Zařízení pro svařování třením za pohybu, se svařovací sondou (12), s hnací jednotkou pro pohon svařovací sondy (12), s pracovním stolem (7) nesoucím svařovaný obrobek nebo obrobky, a s alespoň jedním upínacím prostředkem pro upnutí obrobků k sobě navzájem a/nebo k pracovnímu stolu (7) při svařování, vyznačující se tím, že dále obsahuje frézovací nástroj (20, 22) a rozpěmý prvek (17) umístěný mezi obrobkem a pracovním stolem (7), když je frézovací nástroj (20, 22) ve své pracovní poloze, přičemž frézovací poloha v zařízení je v podstatě shodná se svařovací polohou v zařízení.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že svařovací sonda (12) je vyměnitelná za frézovací nástroj (20), přičemž frézovací nástroj (20) je spojen s hnací jednotkou svařovací sondy (12).

3. Zařízení podle nároku 1, vyznač uj ící se t í m, že svařovací sonda (12) a frézovací nástroj (22) jsou spojeny se samostatnými hnacími jednotkami.

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že frézovací nástroj (22) je uspořádán u svařovací sondy (12).

5. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že upínající prostředek je uspořádán ve stejné poloze při svařování i při frézování.

6. Zařízení podle jednoho z nároků laž 4, vyznačující se tím, že upínající prostředek je uspořádán pro zaujmutí různých poloh při svařování a při frézování.